4. 漏风通道的成因与类型分析

矿井漏风不是一种孤立现象,而是通风系统中“本该隔断的地方出现了可通行的空气通路”。要排查漏风,先要弄清漏风通道是怎么形成的、属于哪一类。不同类型的通道,其成因、漏风量级、发展速度和治理手段差别很大。本节按六类典型通道逐一分析其形成机理与识别特征,并给出可对照现场使用的分类判据。

一、采空区:大面积连通与“呼吸”漏风

采空区是井下漏风量最大、最难封堵的通道类型。其形成机理是:煤层回采后顶板垮落,形成大量破碎岩块与空隙,采空区内部孔隙率可达20%~30%,且与工作面上下隅角、邻近采空区、地表裂隙存在天然连通。当工作面进风侧与回风侧之间存在压差时,空气便从进风侧经采空区内部渗流到回风侧,形成“采空区漏风”。

采空区漏风的典型特征是:漏风量大但分布分散,漏风方向随工作面推进和周期来压而变化,常伴随采空区遗煤自燃风险。识别上可观察上下隅角瓦斯浓度、氧气浓度差异,以及采空区预埋束管监测的CO变化趋势。治理核心是减少压差与增加阻力,常用均压通风、隅角封堵、注浆隔离带等手段,而非单纯“堵一个口”。

二、密闭墙:墙体缺陷与压差驱动

密闭墙用于封闭废弃巷道、采空区联络巷和盲巷。其漏风成因主要有三类:一是墙体本身存在裂缝、蜂窝、施工缝未处理;二是墙体与巷帮、顶底板接茬不严,周边存在“裙边”缝隙;三是密闭墙未设置反水槽或反水槽失效,形成底部渗漏通道。当密闭墙两侧存在稳定压差(常见为几十至几百帕)时,这些微小缝隙就会持续漏风。

密闭墙漏风的特征是“点状集中、压差敏感”。排查时可用微压计测两侧压差,用烟雾管或示踪气体沿墙缝、周边接茬、反水槽逐点检查。需要强调的是,密闭墙漏风往往不是墙本身的问题,而是周边围岩松动圈未处理,因此治理时应先注浆加固周边再修补墙体。

三、风门:开启瞬间与结构缝隙

风门是行人、行车通道上的隔断设施,其漏风具有“动态性”。成因包括:风门开启时两侧直接短路;门扇与门框之间密封条老化、间隙过大;双扇风门中缝不严;风门未设底坎或底坎被磨损;风门前后压差过大导致门扇变形。风门漏风的特征是“间歇性、与通行频率相关”,在人员车辆频繁通过的地点尤为明显。

排查风门漏风,应在关闭状态下用烟雾观察门缝、中缝、底缝,并测量风门前后压差。若压差超过风门设计承受值,应考虑增设均压设施或改为两道联锁风门,而不是一味加密封条。

四、风桥:结构接缝与绕流

风桥用于让两条风流交叉而不混合,其漏风成因集中在结构接缝处:桥体与巷道交接的端墙、桥面与侧墙的施工缝、桥下巷道顶板与桥体之间的空隙。当风桥两侧风流压差较大时,空气会从高压侧沿接缝绕流到低压侧,形成“绕流漏风”。

风桥漏风的特征是“位置固定、与压差正相关”,且往往在风桥投用初期不明显,随着围岩变形和接缝开裂逐渐增大。排查时应重点检查端墙接茬和桥面裂缝,可用示踪气体在高压侧释放、低压侧接收的方式确认绕流路径。

五、煤柱裂隙:应力损伤形成的渗流网络

煤柱用于支撑和隔离,但煤柱在采动应力作用下会产生裂隙。成因包括:煤柱尺寸不足导致塑性破坏、相邻工作面重复采动影响、煤柱内存在原生节理。裂隙一旦贯通煤柱两侧,就形成“穿柱漏风”。其漏风特征是“隐蔽性强、随应力变化”,地表难以直接观察,需借助钻孔窥视、示踪气体或煤柱两侧压差与气体成分对比判断。

煤柱漏风的治理难度较大,通常采用煤柱注浆加固、增大煤柱尺寸或调整开采顺序,排查时应结合矿压观测数据判断裂隙发育时段。

六、地表塌陷:直达地表的通道

地表塌陷漏风是浅埋煤层或采深较小矿井的典型问题。采空区顶板垮落波及地表后形成塌陷坑、裂缝,地表空气直接与采空区连通。其成因是采深与采高之比不足、顶板岩性偏软、地表存在沟谷或旧窑破坏区。漏风特征是“受季节和气压影响明显”,冬季与夏季漏风方向甚至可能反转,且漏风量大、含氧量高,极易引发遗煤自燃。

排查地表塌陷漏风,应结合地表裂缝调查、塌陷坑位置与采空区对照图,并在裂缝处用烟雾或示踪气体确认连通性。治理以地表回填、裂缝封堵、黄土覆盖为主,并建立季节性巡查制度。

六类漏风通道的成因位置与漏风方向示意 地表 地表塌陷裂缝 受气压/季节影响,方向可反转 采空区 垮落岩块·孔隙率20%~30% 与上下隅角、邻近采空区连通 漏风分散、随周期来压变化 工作面进风侧 高压 工作面回风侧 低压 渗流 密闭墙 裂缝/接茬/反水槽 风门 门缝/中缝/底坎 风桥 端墙/桥面接缝绕流 煤柱 应力裂隙 穿柱渗流 漏风方向 缝隙/渗流漏风 通风巷道 采空区 隔断设施

七、六类通道的对比判据与排查要点

把六类通道放在一起看,可以从“漏风量级、方向稳定性、可观察性、治理难度”四个维度建立判据。采空区漏风量大、方向随推进变化、隐蔽但可通过气体监测间接判断;密闭墙和风门漏风量中等、方向稳定、可直接观察缝隙;风桥漏风位置固定、与压差正相关;煤柱裂隙隐蔽性最强、需借助钻孔和示踪;地表塌陷漏风量大且方向随季节反转,但位置最易在地表发现。

通道类型 主要成因 漏风特征 首选排查手段
采空区 顶板垮落形成孔隙连通,上下隅角压差驱动 量大分散、随周期来压变化 束管气体监测、隅角压差与O₂/CO对比
密闭墙 墙体裂缝、周边接茬不严、反水槽失效 点状集中、压差敏感 微压计测压差、烟雾管沿缝检查
风门 开启短路、密封条老化、底坎磨损 间歇性、与通行频率相关 关闭状态烟雾观察门缝、测前后压差
风桥 端墙与桥面接缝开裂、绕流 位置固定、与压差正相关 示踪气体高压侧释放、低压侧接收
煤柱裂隙 采动应力致塑性破坏、重复采动 隐蔽、随应力变化 钻孔窥视、两侧气体成分与压差对比
地表塌陷 采深采高比不足、顶板波及地表 量大、受季节气压影响可反转 地表裂缝调查、塌陷坑与采空区对照
排查顺序建议:先看地表与井口(塌陷、老窑),再查主要隔断设施(密闭墙、风门、风桥),最后用气体监测和示踪手段锁定采空区与煤柱这类隐蔽通道。先易后难、先外后内,可显著缩短排查周期。

需要特别提醒的是,实际漏风往往是多类通道叠加的结果。例如工作面上下隅角漏风,既包含采空区渗流,也可能叠加密闭墙接茬漏风;地表塌陷则可能同时激活煤柱裂隙。因此,分类分析的目的不是把问题简单归入某一类,而是通过成因和特征判断主次通道,为后续封堵、均压或注浆治理提供依据。掌握这六类通道的形成机理与识别特征,是漏风通道排查从“凭经验找”走向“按机理判”的关键一步。